第9章-色谱法概论

1、第九章色谱简介，概述，第一，“色谱”名称的由来，石油醚(流动相)，碳酸钙(固定相)，色带，植物色素分离图，是用分配系数(或吸附系数，渗透率等。)在固定相和流动相中的混合物的不同组分。根据流动相的状态，可分为气相色谱(GC)、液相色谱(LC)、气固色谱(GSC)、气液色谱(GLC)、液固色谱(LSC)和液液色谱(LLC)，根据固定相的固定方式分类，柱色谱分为平板色谱。根据分离机理，可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、排阻色谱及其特点和应用。1.分离效率高。2.灵敏度高，可检测10-1110-13g，适合痕量分析。色谱分析只需要很少的样品(g或ng)。3.快速分析速度。4.应用范围广。缺点：难

2、以定性分析未知物质。方向：高选择性检测器；联用技术(气相色谱-质谱、气相色谱-傅里叶变换红外光谱、液相色谱-质谱、液相色谱-核磁共振等)。)。1.分离过程，其特征是不同的组分在塔中以不同的速度移动；每一种成分都沿着柱子扩散和分布。9.2色谱分离原理，检测器输出的信号强度随时间绘制，得到的曲线称为色谱流出曲线。曲线上突出的部分是色谱峰。如果进样量很小，浓度很低，色谱峰在吸附等温线(气固吸附色谱)或分布等温线(气液分配色谱)的线性范围内是对称的。(1)基线当没有待测成分进入检测器时，反映检测器噪声随时间变化的曲线称为实验操作条件下的基线，稳定基线应为水平直线。(2)峰高色谱峰和基线之间的垂直距离表

3、示为(h)。面积宽度用于测量柱效率并反映色谱操作条件的动力学因素。通常有三种方法表示色谱峰面积的宽度： 1)标准偏差-峰高处色谱峰宽度的0.607倍。2)半峰宽w1/2-即半峰高处的峰宽。它与标准偏差之间的关系是峰底宽度Wb的： W1/2=2.354 3)-即基线上色谱峰两侧拐点处切线截距之间的距离。WB和标准偏差之间的关系为Wb=4，(4)保留值1。保留值的定义(1)停滞时间tM当未被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到达到最大峰值所需的时间称为停滞时间。l是柱长(厘米)和流动相的平均线速度(厘米/秒)，和(2)当样品在注射到柱中后出现时，保留时间tR过去。这叫做保留时间。(3)调整

4、保留时间tR=tR tM由于色谱柱中组分的保留时间包括组分通过带流动相的色谱柱所需的时间和组分在固定相中停留所需的时间，tR实际上是组分在固定相中的总保留时间。保留时间是色谱定性分析的基本依据，但同一组分的保留时间往往受流动相流速的影响，所以色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。(4)死体积虚拟机未保留通过色谱柱的组分消耗的流动相体积。流动相的平均体积流量(单位：cm3min-1)。(5)保留体积VR是指从注射开始到柱后被测组分的最大浓度点所经过的流动相体积。保留时间和保留体积之间的关系：VR=FctR (6)调整后的保留体积VR减去死体积后的组分保留体积称为组分的调整后保留体积。虚拟现实=虚

5、拟现实虚拟现实=tR Fc，2。根据物料平衡，保留值与平衡常数k之间的关系为：两边除以cm:平衡常数Kcs/cm，VmVM:或：即为基本等式保留值和容量因子之间的关系可以通过将色谱过程的基本方程代入：并将方程改为：4来获得。相对保留值组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比称为相对保留值。由于相对保留值只与柱温和固定相性质有关，而与柱径、柱长、填充条件和流动相流速无关，因此它被广泛用作色谱，尤其是气相色谱的定性依据。在定性分析中，通常将一个色谱峰固定为标准峰，然后计算其他峰相对于该峰的相对保留值。在多元混合物分析中，通常选择一对最难分离的物质，它们的相对保留值被用作重要参数，称为选择因子，用

6、符号表示，即tR (2)是后一个峰的调整保留时间，因此它总是大于1。它可以作为衡量固定相选择性的指标。它越大，就越容易分离。=1，无法实现分离。是两种组分的平衡常数或容量因子的比值，是色谱系统中两种组分平衡分布差异的量度，也是热力学参数。它是柱温、组分性质、固定相和流动相性质的函数。它与其它实验条件无关，如柱径、柱长、填充条件和流动相速度。是一种广泛使用的定性数据。从色谱流出曲线中，可以得到许多重要的信息：(1)根据色谱峰的数目，可以判断样品中所含成分的最小数目；(2)根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；(3)可根据色谱峰的面积或峰高进行定量分析；(4)色谱峰的保留值及其面积宽度是评价色谱柱

7、分离效率的基础；(5)色谱峰之间的距离是评价固定相(或流动相)是否合适的基础。9.3色谱的基本理论，分配系数和容量因子，理论速率，塔盘的理论分辨率，1。分配系数(平衡常数)k是指当组分在一定温度和压力下达到两相之间的分配平衡时，固定相组分的浓度cs与流动相组分的浓度cm之比。克：它不仅与温度和压力有关，还与组分、固定相和流动相的性质有关。不同组分钾值的差异是色谱分离的前提。1.分配系数和容量因子，9.3色谱基本理论，2。容量因子(分配比)k是指在一定温度和压力下，固定相组分的质量p与流动相组分的质量q之比。分配系数与容量因子之间的关系称为比较，k:不仅与温度和压力有关，还与组分、固相和流动相的

8、性质有关。K和K是两个不同的参数，但是当表征组分的分离行为时，它们是完全等价的。k可以方便地直接从色谱图中获得，因此它是一个重要的色谱参数。塔板理论将色谱柱比作蒸馏塔，即色谱柱由一系列连续且相等的水平塔板组成。每个托盘的高度用h表示，h被称为托盘高度，或简称为板高。塔板理论假设在每个塔板上，溶质在两相之间迅速达到分配平衡，然后随着流动相以逐塔板的方式向前移动。对于长度为L的色谱柱，溶质平衡次数应为：n表示理论塔板数n越大或h越小，柱效越高，分离能力越强。塔板理论指出：首先，当柱中溶质平衡的次数，即理论塔板数n大于50时，可以得到基本对称的峰曲线。在色谱柱中，n值通常非常大，例如气相色谱柱I的n

9、值在实际工作中，氮和氢的计算值有时不能完全反映色谱柱的分离效率。由于在用tR进行计算时没有扣除死区时间tM，所以有效塔板数N通常用来有效地表示塔效率：有效塔板高度为：在相同的色谱条件下，不同物质的计算板数是不同的。因此，在解释色谱柱效率时，除了指出色谱条件外，还应指出用于测量的物质。比较柱效时，必须确定操作条件，用相同的物质通过不同的色谱柱，计算氮效率进行比较。例如，已知某组分峰的峰底宽度为40 s，保留时间为400 s，因此计算该色谱柱的理论塔板数。溶液：从热力学角度解释色谱柱中溶质的分布平衡和分离过程，解释流出曲线的形状和最大浓度的位置，提出计算和评价柱效的参数。半经验平衡理论、塔板理论的

10、贡献不足不能解释带扩展的原因和影响塔板高度的各种因素，也不能解释为什么相同的溶质可以在不同的流速下测量不同的理论塔板数。3.速率理论1956年，荷兰学者范迪特在研究气液色谱时提出了色谱过程动力学理论中的速率理论。他们吸收了塔板理论中塔板高度的概念，充分考虑了两相之间组分的扩散和传质过程，从而在动力学基础上更好地解释了影响塔板高度的各种因素。该理论模型适用于气相色谱和液相色谱。气相色谱范迪特方程的数学简化公式是流动相的平均线速度，单位：厘米/秒；a、b、c为常数，分别代表涡流扩散系数、分子扩散系数和传质阻力系数。(1)涡旋扩散项A在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，由于固定相颗粒的阻碍

11、，流动相不断改变流动方向，使组分分子在前进过程中形成一个湍流的涡旋状流动，称为涡旋扩散。填料：的平均直径充满不规则因素，与流动相性质、线速度和组分性质无关。对于空心毛细管，没有涡流扩散，因此=0。(2)分子扩散项B/(纵向扩散项)，弯曲因子，填充柱色谱，1。Dg:样品组分分子在气相中的扩散系数(cm2s-1)。它与组分性质、载气性质、柱温、柱压等因素有关。建议使用相对分子质量较大的载气(如N2)，载气的线速度较高，柱温较低。(3)传质阻力项由于浓度不均匀而在物质系统中发生的传质过程称为传质。影响过程的阻力称为传质阻力。传质阻力系数C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数C1，即C=Cg C

12、1。气相传质过程是指样品组分从气相移动到固定相表面的过程。使用小粒径填料和相对分子质量小的气体(如氢气)作为载气，可以降低Cg，提高柱效。液相传质过程是指样品组分从固定相的气/液界面移动到液相内部，进行质量交换，达到分布平衡，然后返回气/液界面的传质过程。可以通过减少定影溶液的含量来减小膜厚度，但是k值变小并且C1增加。当固定液体含量不变时，液膜厚度随着载体比表面积的增加而减小。因此，通常使用具有较大比表面积的载体来减小液膜厚度。虽然提高柱温可以增加D1，但会降低钾值。为了保持合适的C1值，合适的柱温应该是co通过对上述方程的总结，可以得到气液色谱板高度方程，对色谱分离条件的选择具有实际指导意

13、义。指出色谱柱的填充均匀性、填充颗粒的大小、流动相的类型和流速以及固定相的液膜厚度对柱效的影响。项、Hed、涡流扩散项。项，Hmp，流通面积，流动相传质阻力。项，Hld，分子扩散项，通常可以忽略。流动相停滞区的传质阻力项Hsm。固定相的传质阻力项Hsp对应于气相色谱中液相的传质阻力项。液相色谱中的速率理论液相色谱的范迪特方程可以表示为：从上式可以看出，在液-液色谱中，可以使用以下方法来提高柱效率：1 .降低填料颗粒的粒径分布；2.以低粘度溶剂为流动相；3.采用低流速的流动相；4.减少填料腔的深度；5.适当提高色谱柱温度。4。范氏方程曲线、4。决议1。柱效和选择性理论塔板数是衡量柱效的指标，反映

14、了色谱分离过程的动力学特性。选择性因子是衡量色谱柱选择性的一个指标，它取决于固定相组分的热力学性质。2.分离度的定义分离度又称分离度或分离度，它既能反映柱效又能反映选择性，是衡量分离效率的通用指标。定义：或，不同分辨率下色谱峰分离的程度，一般来说，当Rs1时，两个峰部分重叠；当Rs=1时，分离度可达98%。当Rs=1.5时，分离度可达99.7%。Rs=1.5通常用作两个相邻组件已完全分离的标志。分辨率公式分辨率总结了色谱过程的动力学和热力学特征，是衡量色谱共享效率的通用指标。分辨率由三个参数控制：n，k。有两个相似的色谱峰A和B，假设Wb(A)=Wb(B)。根据基本色谱分离方程tR(A)=tM

15、(1 kA) tR(B)=tM(1 kB)，(1)分离度与柱效的关系，增加柱长可以提高分离度，但会延长分析时间，因此降低塔板高度和提高柱效是提高分离度的好方法。(2)分离度与选择因子的关系当=1，R=0时，此时，无论如何提高柱效，这两种组分都不能分离。显然，它是大的和选择性的。研究证明，微小的变化会导致分辨率的显著变化。如果达到相同的分辨率，1.01所需的时间是1.1的84倍。通常，通过改变固定相和流动相的性质或降低柱温可以有效地提高该值。(3)分离度与容量因子的关系，一般k为210。对于气相色谱，通过提高温度，我们可以选择合适的钾值来提高分辨率。对于液相色谱，可以通过改变流动相的组成来有效地控制钾值。它可以对液相色谱的分离产生直接影响。在实际应用中，期望计算给定系统达到某一预定分辨率所需的理论板或有效理论板的数量和分析时间。已知物质A和B在30.0厘米的柱上的保留时间分别为16.40和17.63分钟，未保留的组分通过柱的时间为1.30分钟，峰宽为1.11和1.21毫